【摘要】：機(jī)械臂迫切要求適用于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境接觸任務(wù),與機(jī)械臂緊密相關(guān)的機(jī)械手抓也迫切要求靈巧抓取。本文圍繞機(jī)械手抓抓取任務(wù)的安全牢穩(wěn)和成本等問題,以及機(jī)械臂接觸任務(wù)的柔順和安全等問題,分別對(duì)基于虛擬力傳感器的簡易手抓力控制,以及二自由度串聯(lián)機(jī)械臂力跟蹤阻抗控制和力估計(jì)避碰控制進(jìn)行了研究。首先,論文通過對(duì)課題的分析認(rèn)識(shí)到:課題研究對(duì)象的共性是機(jī)械手抓和機(jī)械臂同為連桿機(jī)構(gòu),其運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)建模方式相同;常見的簡易機(jī)械手抓對(duì)稱部分為平行四連桿機(jī)構(gòu),其實(shí)際自由度退化為一,可以施加簡單的控制方式;基于力覺傳感器的機(jī)械手抓成本昂貴,可以通過其他易測變量間接估計(jì)作用力;常見的機(jī)械臂接觸任務(wù)需要同時(shí)滿足不同方向的力控制和位置控制效果。依據(jù)以上認(rèn)識(shí)將論文開展分為三個(gè)部分:機(jī)械手抓和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型建立基礎(chǔ);基于虛擬力傳感器的簡易手抓切換PID力控制;二自由度串聯(lián)機(jī)械臂不同方向的力跟蹤阻抗控制和力估計(jì)避碰控制。其次,論文針對(duì)課題開展的三個(gè)部分開展了以下具體研究內(nèi)容:第一部分包括:二自由度串聯(lián)機(jī)械臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃;簡易手抓的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束;運(yùn)動(dòng)-靜力學(xué)二元性原則;連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。第二部分包括:簡易手抓的關(guān)節(jié)空間開鏈動(dòng)力學(xué)模型;依據(jù)運(yùn)動(dòng)-靜力學(xué)二元性原則建立關(guān)節(jié)空間閉鏈動(dòng)力學(xué)模型;驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)干擾力矩估計(jì);依據(jù)虛位移原理估計(jì)夾持力。第三部分包括:機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型;逆動(dòng)力學(xué)位置控制;位置內(nèi)環(huán)阻抗控制;x軸方向力跟蹤阻抗控制;y軸方向力估計(jì)避碰控制。最后,MATLAB-Adams仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明論文研究內(nèi)容解決了機(jī)械手抓和機(jī)械臂的兩類問題:一是基于虛擬力傳感器的簡易手抓力控制,解決了抓取任務(wù)的安全牢穩(wěn)和成本等問題;二是不同方向的力跟蹤阻抗控制和力估計(jì)避碰控制的結(jié)合,系統(tǒng)地解決了機(jī)械臂接觸任務(wù)的柔順、安全問題。
[Abstract]:Manipulators are required to be applied to unstructured contact tasks, and manipulators which are closely related to the manipulators also need dexterous grabbing. This paper focuses on the problems of the safety, stability and cost of the grasping task of the manipulator, as well as the flexibility and safety of the robot arm contact task, and respectively controls the simple hand grip force based on the virtual force sensor. The impedance control and force estimation control of two degrees of freedom series mechanical arm are studied. First of all, through the analysis of the subject, it is recognized that the common character of the research object is that the manipulator and the manipulator are the same linkage mechanism, and their motion and dynamics modeling methods are the same; The common simple manipulator gripping symmetry part is parallel four-bar linkage mechanism, its actual degree of freedom is reduced to one, can apply simple control mode, the manipulator based on force sensor is expensive, The force can be estimated indirectly by other easily measured variables, and the common contact task of manipulator needs to satisfy the effect of force control and position control in different directions at the same time. According to the above understanding, the thesis is divided into three parts: kinematics and dynamics model of manipulator and manipulator, pid force control based on virtual force sensor. Force tracking impedance control and force estimation collision avoidance control for two DOF series manipulator in different directions. Secondly, the following specific research contents are carried out in the three parts: the first part includes: forward and inverse kinematics and trajectory planning of two-degree-of-freedom series manipulator, kinematics constraints of simple hand grip, and so on. Kinematics-statics binary principle; dynamic model of linkage mechanism. The second part includes: the joint space open chain dynamics model of simple hand grip; the dynamic model of joint space closed chain based on the principle of kinematics and statics; the estimation of disturbance moment of driving joint; and the estimation of clamping force based on virtual displacement principle. The third part includes: dynamic model of manipulator, position control of inverse dynamics, impedance control of position inner loop, x axis force tracking impedance control and y axis force estimation and collision avoidance control. Finally, the simulation results of MATLAB Adams show that two kinds of problems have been solved in this paper: one is simple hand grip control based on virtual force sensor, and the other is the security, stability and cost of grasping task. The other is the combination of force tracking impedance control and force estimation collision avoidance control in different directions to solve the problem of compliance and safety of manipulator contact task systematically.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP241

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本文編號(hào)：2132358